(共62张PPT)
第1、2、3节 能量的多种形式 能量的转化与守恒 珍惜大自然
核
心
素
养
目
标 物理
观念 1.了解能量存在形式的多样性，知道能源的分类及能源的开发和利用。
2.知道能量守恒定律的内容及意义。
3.了解能量转化和转移的方向性，知道熵的概念，认识提高能量转化效率的重要性
科学探究 通过对生活中能源利用的观察和调研，体会能量转化和转移的方向性
科学态度 与责任 了解能源对人类社会发展的重要意义，养成自觉节约能源的好习惯
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一 能量的多种形式
1. 多种形式的能量
（1）机械能包括动能、重力势能和 等。
（2）内能指分子无规则运动的动能和 的总和。
（3）电能是指电以各种形式 的能力。
（4）光能是光具有的 。
（5）化学能是储存在食物或燃料等物质中的能量。
弹性势能
分子势能
做功
能量
2. 可再生能源与不可再生能源
（1）分类：能源可分为一次能源和 。
（2）一次能源：指直接取自自然界、未经加工转化的能源，可分
为 和不可再生能源。
（3）二次能源：指由 加工转化而成的能源产品。
二次能源
可再生能源
一次能源
知识点二 能量的转化与守恒 珍惜大自然
1. 能量的转化：能量可从一种形式 为另一种形式。
2. 能量守恒定律
（1）定义：在一个孤立系统里，能量既不能凭空产生，也不能凭
空消失，它只能从一种形式 为其他形式，或者从一
个物体 到其他物体，在转化或转移的过程中，能量
的总量 。
（2）意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞
跃。它是自然界最普遍、最基本规律之一。能量守恒定律的
发现和应用，为不同学科的联系架起了桥梁。
转化
转化
转移
保持不变
3. 自然过程的方向性
（1）自然界的宏观过程具有 ，是不可能自动地逆向进
行的。
（2）熵是用来描述分子运动的无序程度的物理量。熵越高，就意
味着系统越无序；熵越低，就意味着系统越有序。
方向性
【情景思辨】
如图所示的是儿童玩滑梯的照片，判断下列正误。
（1）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能不变，机械能减小，总
能量减小。 （ × ）
（2）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能增大，机械能减小，总
能量不变。 （ √ ）
×
√
（3）儿童从滑梯的顶端滑到底端直到静止的过程中机械能转化为 内能。 （ √ ）
（4）儿童能从周围环境中吸收热量，自动地再从底端返回滑梯 顶端。 （ × ）
√
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一 能源的分类与开发利用
【解读】
1. 能源的分类
（1）从人类使用能源的先后分为常规能源和新能源。
常规能源：煤、石油、天然气等。
新能源：风能、水能、太阳能、沼气、地热能、核能等。
（2）从能源的来源分为不可再生能源和可再生能源。
不可再生能源：短期内无法恢复的能源，如煤、石油、天然
气等。
可再生能源：在自然界可循环再生的能源，如风能、太阳
能、水能等。
（3）从对环境的污染情况分为清洁能源和非清洁能源。
清洁能源：不污染环境的能源，如太阳能、风能、水能、沼
气等。
非清洁能源：对人类环境造成污染的能源，如石油、煤等。
2. 能源的开发
（1）能源危机：目前世界上主要消耗煤、石油、天然气等能源，
这些能源储量有限，消耗殆尽以后将不复存在，能源短缺将
极为严重。
（2）节约能源：能源的开发是有条件的，也是有代价的。虽然自
然界的能量守恒，但还是要节约能源。
（3）能源的发展趋势：改变能源结构，提高能源利用效率，开发
和推广清洁能源，减少环境污染，是当前能源的发展趋势。
A. 都为可再生能源，取之不尽，用之不竭
B. 都为不可再生能源，用一点，少一点
C. 都为来自太阳辐射的能量
D. 都为污染环境的能源
解析：煤、石油、天然气是不可再生能源，对环境污染严
重，生物质能是可再生能源，对环境无污染或污染少，但它
们都来自太阳辐射。因此，选项C正确。
【典例1】 煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是（ ）
（多选）关于能源的利用，下列说法中正确的是（ ）
A. 由于我国煤和石油的储量无限，所以太阳能和核能的开发在我国
根本没有必要
B. 能源的利用过程，实质是能的转化和转移过程
C. 现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D. 煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
解析： 石油、煤等为非再生的能源，储量有限，能源的利用中
虽然总能量不变，但品质降低，可再利用能源越来越少，所以新能源
的开发和利用是当今世界各国面临的课题，A错误，B、C、D正确。
要点二 能量守恒定律的理解
【探究】
随着人们对生活质量要求的提高，绿色出行已成为一种时尚，当
下，各城市的城市公交也都旧貌换新颜，变成了纯电动汽车。如图所
示的为正在行驶的电动公交车。
（1）电动汽车在行驶过程中，能量是如何进行转化的？
提示：电池将储存的化学能转化为电能，通过电流做功，一部
分转化为电动机的内能，另一部分转化为电动机的机械能向外
输出。
（2）电动机能将电能全部转化为机械能吗？
提示：不能，一部分转化为热量散失掉了。
【归纳】
1. 能量守恒定律的重要意义
（1）能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界、高速
运动与低速运动等都成立。
（2）能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系，对人类认识自
然、改造自然起着重要的指导作用。
（3）能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在，即不需要任
何动力和燃料，却能不断对外做功的机械是不可能存在的。
2. 表达式：ΔE1减＝ΔE2增。
（1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量
一定和增加量相等。
（2）某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减
少量和增加量一定相等。
3. 含义
【典例2】 目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，成为一种时
尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了北斗模块与
联网模块等，这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同
的方式获取电能：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中
转动，产生电能，如图甲所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——
有光照时，产生电能，如图乙所示。这两种共享单车获取电能时，都
是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正
确的是（ ）
A. 都是把机械能转化为电能
B. 都是把光能转化为电能
C. 甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能
D. 甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能
解析：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，
产生电能，是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电
池板——有光照时，产生电能，是将光能转化为电能。故A、B、
D错误，C正确。
1. 北京时间2020年12月17日1时59分，中国探月工程“嫦娥五号”返
回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆，标志着我国首次地外天
体采样返回任务圆满完成。携带样品的上升器在月面起飞的情景如
图所示，这是我国首次实现地外天体起飞。下列有关“嫦娥五号”
的说法错误的是（ ）
A. 在轨运行时，“嫦娥五号”的太阳能帆板可将太阳能转化为电能
B. 在轨运行时，“嫦娥五号”从远地点向近地点运行时将重力势能转化为动能
C. 返回地球途中，“嫦娥五号”返回器经过大气层时机械能不变
D. 返回地球途中，“嫦娥五号”返回器经过大气层时部分机械能转化为内能
解析： “嫦娥五号”的太阳能帆板工作时，将太阳能转化为电
能，A正确；“嫦娥五号”从远地点向近地点运行时，质量不变，
与地球的距离变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，重力势
能转化为动能，B正确；“嫦娥五号”返回器返回地球途中，经过
大气层时与大气摩擦，要克服阻力做功，温度升高，内能增加，部
分机械能转化为内能，机械能不守恒，C错误，D正确。
2. 一颗小钢珠从水面上方由静止释放，落入水中，溅起的小水珠跳得比钢珠释放时的位置还高，如图所示，对这种现象，下列说法正确的是（ ）
A. 小水珠溅起的高度超过钢珠下落时的高度，违背了能量守恒定律
B. 小钢珠下落时具有的重力势能小于溅起的水珠在最高点的重力势能
C. 小钢珠下落时具有的重力势能等于溅起的水珠在最高点的重力势能
D. 小钢珠下落时具有的重力势能大于溅起的水珠在最高点的重力势能
解析： 小钢珠下降的过程中，重力势能转化为小钢珠的动能，
小钢珠和水碰撞后，其动能转化成小水珠的动能，小水珠升高的过
程中，动能又转化为重力势能（表现为小水珠所能达到的最大高
度），小钢珠和水碰撞后，小水珠的总动能要小于碰撞前小钢珠的
动能，且各个水珠的质量都比较小，因此，小水珠升高的高度存在
多种可能性。当小钢珠的质量比较大的时候，完全有可能出现个别
小水珠升高的高度较高，甚至可以超过小钢珠下落的高度的情况，
故D正确。
要点三 对能量转化和转移方向性的理解
【探究】
成语“覆水难收”指的是一盆水泼出后不可能再回到盆中，你能根
据熵增原理说一说这是为什么吗？
提示：盆中的水泼出去后，水分子的分布受制约较少，无序性变大，
根据熵增原理，泼出去的水（无序性大）不可能自发地回到盆中（无
序性小）。
【归纳】
1. 能量转化和转移
自然界中存在着各种不同形式的能量，各种形式的能量是可以相互
转化的，在转化或转移过程中总量不变，但在大多数情况下，各种
形式的能量最终都转化为内能。
2. 能量转化和转移的方向性
（1）机械能可以自动地全部转化为内能，但内能不能全部转化为
机械能而不引起其他变化。
（2）内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，但不能自发地
从低温物体向高温物体转移。
（3）第二类永动机
第二类永动机是从单一热源（海洋、大气或宇宙）中吸收热
量使之完全变成有用功而不产生其他影响，即机械效率为100
％的一种装置。第二类永动机并不违背能量守恒定律，但违
背自然过程的方向性规律，永远不可能被制造出来。
3. 熵增原理
（1）熵的概念的引入
为了描述分子运动的无序程度，物理学中引入了熵的概念，
用熵这个物理量描述系统的无序程度。熵越高，意味着系统
越无序；熵越低，意味着系统越有序。
（2）熵增原理
自发过程总是向着系统熵增加的方向进行。
【典例3】 （多选）下列说法中正确的是（ ）
A. 热量总是自发地从高温物体传给低温物体而不能自发地从低温物
体传给高温物体
B. 内能不能转化为动能
C. 内能不能自发地转化为动能
D. 自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性
解析：内能可以转化为动能，热机就是这种情况，但不能自发地转
化，B错误，C正确；由能量转化和转移的方向性可知，A、D正确。
1. 下列哪些现象属于能量的耗散（ ）
A. 利用水流能发电产生电能
B. 电能在灯泡中变成光能
C. 电池的化学能变成电能
D. 火炉把屋子烤暖
解析： 能量耗散主要指其他形式的能量最终转化为环境的内能
后，不能再被收集起来重新利用，故选D。
2. 关于能量的转化，下列说法正确的是（ ）
A. 因为能量守恒，所以“永动机”是存在的
B. 摩擦生热的过程是不可逆过程
C. 空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
D. 由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
解析： 因为能量守恒及能量转化具有方向性，所以“永动机”
是不存在的，A错误；机械能向内能转化时具有方向性，内能不可
能自发地、不引起任何变化地转化为机械能，即摩擦生热的过程是
不可逆过程，B正确；热传递在自发进行时有方向性，总是从高温
物体传递到低温物体，空调既能制冷又能制热是因为消耗了电能，
C错误；能量的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是能量的转化
过程中可再次使用的能量减少了，因此要节约能源，D错误。
要点回眸
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. 关于能量和能源，下列说法中正确的是（ ）
A. 由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B. 在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少
C. 能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D. 人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
解析： 自然界的总能量是守恒的，能量只能从一种形式转化为
另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，能量不可能被创造；
在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，能量耗散使能量的
利用品质降低了，能量转化具有方向性，因此要节约能源，故B正
确，A、C、D错误。
2. （多选）下述设想中，符合能量守恒定律的是（ ）
A. 利用永磁铁和软铁的相互作用，做成一架机器，永远地转动下去
B. 制造一架飞机，不携带燃料，只需利用太阳能就能飞行
C. 做成一只船，利用流水的能量，逆水行驶，不用其他动力
D. 利用核动力使地球离开太阳系
解析： A、C项不消耗任何其他能量，而维持转动或行驶，违
背能量守恒定律，是错误的。B、D利用太阳能或核能，不违背能
量守恒定律，所以B、D正确。
3. 下列有关能量转化的说法正确的是（ ）
A. 制冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化
B. 满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
C. 外界对物体做功，物体的内能必然增加
D. 电炉工作时将电能转化为内能，这些内能最终流散到周围的环境中
解析： 冰箱里的热量是经由压缩机传给外界的，一定会引起其
他变化，A错误；能量在转移或转化过程中均满足能量守恒定律，
但一切与热现象有关的自发过程都是有方向的，如内能不可能自发
地转化为机械能，B错误；外界对物体做功，物体的内能不一定增
加，如在光滑的桌面上推动小球，小球的动能增加，内能并没有增
加，C错误；根据电炉的工作原理可知，电炉工作时将电能转化为
内能，这些内能最终流散到周围环境中，D正确。
4. 三峡水力发电站是我国最大的水力发电站，三峡水库蓄水后，平均
水位落差约为100 m，用于发电的水流量约为1.0×104 m3/s。如果
通过水轮机以后水的动能忽略不计，水流减少的机械能有90％转化
为电能，按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率数量级最接近
（ ）
A. 1010 W B. 108 W
C. 107 W D. 105 W
解析： 每秒钟通过水轮机的水流质量m＝ρQ，这些流水的势能
Ep＝mgh，则每秒钟产生的电能E＝90％Ep，所以三峡发电站的发
电功率P＝E＝0.9ρQgh＝0.9×1.0×103×1.0×104×10×100 W＝
0.9×1010 W，即三峡发电站的发电功率最大数量级最接近1010
W，选项A正确。
5. 某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电
8 kW·h。为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高
1 ℃，这样每台空调机每天可节省6％的电能。那么这样做能使该
市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107 J/kg。发
电厂的发电效率是30％。请计算一下，这项节能建议的实现能在1
年内节约多少吨标准煤？（结果均保留2位有效数字）
答案：2.1×1013 J 2.4×103 t
解析：设可节省的电能为E，则E＝8×6％×60×20×104 kW·h＝
5.76×106 kW·h≈2.1×1013 J，
设1年内节约的标准煤的质量为m，则由能量守恒定律有2.92×107
J/kg×m×30％＝E，
解得m≈2.4×106 kg＝2.4×103 t。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
1. 市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照
射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的
能量转化情况是（ ）
A. 太阳能→电能→机械能
B. 太阳能→机械能→电能
C. 电能→太阳能→机械能
D. 机械能→太阳能→电能
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解析： 帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小
电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械
能，故选A。
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2. 地球上有大量的海水，若使海水温度降低0.1 ℃就能释放出
5.8×1023 J的热量。有人设想一热机将海水放出的热量完全转化为
机械能，这种使内能转化成机械能的机器是不能实现的，其原因是
（ ）
A. 内能不能转化成机械能
B. 内能转化成机械能不满足能量守恒定律
C. 只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的
机器不满足能量转化和转移的方向性
D. 上述三种原因都不正确
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解析： 内能可以转化为机械能，如热机，故A错误；内能转
化成机械能的过程满足能量守恒定律，故B错误；不可能从单
一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化，故C正
确，D错误。
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3. 根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是（ ）
A. 电流的电能可以全部转变为内能
B. 在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能
C. 热机中，燃气内能不可能全部转化为机械能
D. 在热传导中，热量不可能自发地从高温物体传向低温物体
解析： 根据热传导过程中能量转移的方向性可知，D错误；根
据内能与机械能之间转化的方向性可知，B、C正确；电能可以全
部转变为内能，A正确。
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4. （多选）行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜
空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在
下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包
含的相同的物理过程是（ ）
A. 物体克服阻力做功
B. 物体的动能转化为其他形式的能量
C. 物体的势能转化为其他形式的能量
D. 物体的机械能转化为其他形式的能量
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解析： 这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用，汽车
主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场
阻力，因此物体都克服阻力做功，A正确；四个物体的运动过程
中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势
能转化成其他形式的能，都是机械能转化成了其他形式的能，B、
C错误，D正确。
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5. 关于能源的利用和节能，下列说法中正确的是（ ）
A. 根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100％
B. 由于能量既不会消灭，也不会创生，总是守恒的，所以节约能源
的意义不大
C. 节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D. 在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
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解析： 能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，即不
可能做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失
部分和被利用部分总和与原来能源总量相等，选项A错误，D正
确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只
可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意
识是不够的，必须利用科技提高能源的利用率，不断开发新能源，
以满足人类社会可持续发展的需要，故选项B、C错误。
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6. （多选）在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据
专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于
汽车启动时，很耗能，是正常运行的5～7倍。定频空调在工作时达
到设定温度就停机，等温度高了再继续启动，这样的频繁启动，耗
电多。而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是自动
变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，达到设定温度后
就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下
说法中合理的是（ ）
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A. 变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律
B. 变频空调运行中做功少，转化能量多
C. 变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电
D. 变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电多的能
解析： 自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误；功
是能量转化的量度，做同样功，消耗同样多的电能，B错误，D正
确；由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，C正确。
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7. 安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图如图所示。图中①和②为
楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦。在车厢相
互撞击使弹簧压缩的过程中（ ）
A. 缓冲器的机械能守恒
B. 摩擦力做功消耗机械能
C. 垫板的动能全部转化为内能
D. 弹簧的弹性势能全部转化为动能
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解析： 在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中，由于楔块与弹簧
盒、垫板间有摩擦力，即摩擦力做负功，则缓冲器有部分机械能转
化为内能，因此此过程中缓冲器的机械能不守恒，选项A错误；车
厢克服摩擦力做功消耗机械能，选项B正确；撞击以后垫板动能还
有一部分转化为弹簧的弹性势能，选项C错误；弹簧的弹性势能转
化为动能和内能，选项D错误。
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谢谢观看! 第6章 能源与可持续发展
第1、2、3节 能量的多种形式 能量的转化与守恒 珍惜大自然
1.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是（ ）
A.太阳能→电能→机械能
B.太阳能→机械能→电能
C.电能→太阳能→机械能
D.机械能→太阳能→电能
2.地球上有大量的海水，若使海水温度降低0.1 ℃就能释放出5.8×1023 J的热量。有人设想一热机将海水放出的热量完全转化为机械能，这种使内能转化成机械能的机器是不能实现的，其原因是（ ）
A.内能不能转化成机械能
B.内能转化成机械能不满足能量守恒定律
C.只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性
D.上述三种原因都不正确
3.根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是（ ）
A.电流的电能可以全部转变为内能
B.在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能
C.热机中，燃气内能不可能全部转化为机械能
D.在热传导中，热量不可能自发地从高温物体传向低温物体
4.（多选）行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是（ ）
A.物体克服阻力做功
B.物体的动能转化为其他形式的能量
C.物体的势能转化为其他形式的能量
D.物体的机械能转化为其他形式的能量
5.关于能源的利用和节能，下列说法中正确的是（ ）
A.根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100％
B.由于能量既不会消灭，也不会创生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大
C.节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D.在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
6.（多选）在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5～7倍。定频空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动，这样的频繁启动，耗电多。而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是（ ）
A.变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律
B.变频空调运行中做功少，转化能量多
C.变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电
D.变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电多的能
7.安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图如图所示。图中①和②为楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦。在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中（ ）
A.缓冲器的机械能守恒
B.摩擦力做功消耗机械能
C.垫板的动能全部转化为内能
D.弹簧的弹性势能全部转化为动能
第1、2、3节 能量的多种形式 能量的转化与守恒 珍惜大自然
1.A 帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故选A。
2.C 内能可以转化为机械能，如热机，故A错误；内能转化成机械能的过程满足能量守恒定律，故B错误；不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化，故C正确，D错误。
3.D 根据热传导过程中能量转移的方向性可知，D错误；根据内能与机械能之间转化的方向性可知，B、C正确；电能可以全部转变为内能，A正确。
4.AD 这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力，因此物体都克服阻力做功，A正确；四个物体的运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，都是机械能转化成了其他形式的能，B、C错误，D正确。
5.D 能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，即不可能做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来能源总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，故选项B、C错误。
6.CD 自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误；功是能量转化的量度，做同样功，消耗同样多的电能，B错误，D正确；由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，C正确。
7.B 在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中，由于楔块与弹簧盒、垫板间有摩擦力，即摩擦力做负功，则缓冲器有部分机械能转化为内能，因此此过程中缓冲器的机械能不守恒，选项A错误；车厢克服摩擦力做功消耗机械能，选项B正确；撞击以后垫板动能还有一部分转化为弹簧的弹性势能，选项C错误；弹簧的弹性势能转化为动能和内能，选项D错误。
1 / 2第6章 能源与可持续发展
第1、2、3节 能量的多种形式 能量的转化与守恒珍惜大自然
核心素养目标 物理观念 1.了解能量存在形式的多样性，知道能源的分类及能源的开发和利用。 2.知道能量守恒定律的内容及意义。 3.了解能量转化和转移的方向性，知道熵的概念，认识提高能量转化效率的重要性
科学探究 通过对生活中能源利用的观察和调研，体会能量转化和转移的方向性
科学态度与责任 了解能源对人类社会发展的重要意义，养成自觉节约能源的好习惯
知识点一 能量的多种形式
1.多种形式的能量
（1）机械能包括动能、重力势能和 等。
（2）内能指分子无规则运动的动能和 的总和。
（3）电能是指电以各种形式 的能力。
（4）光能是光具有的 。
（5）化学能是储存在食物或燃料等物质中的能量。
2.可再生能源与不可再生能源
（1）分类：能源可分为一次能源和 。
（2）一次能源：指直接取自自然界、未经加工转化的能源，可分为 和不可再生能源。
（3）二次能源：指由 加工转化而成的能源产品。
知识点二 能量的转化与守恒 珍惜大自然
1.能量的转化：能量可从一种形式 为另一种形式。
2.能量守恒定律
（1）定义：在一个孤立系统里，能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式 为其他形式，或者从一个物体 到其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量 。
（2）意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是自然界最普遍、最基本规律之一。能量守恒定律的发现和应用，为不同学科的联系架起了桥梁。
3.自然过程的方向性
（1）自然界的宏观过程具有 ，是不可能自动地逆向进行的。
（2）熵是用来描述分子运动的无序程度的物理量。熵越高，就意味着系统越无序；熵越低，就意味着系统越有序。
【情景思辨】
如图所示的是儿童玩滑梯的照片，判断下列正误。
（1）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小。（ ）
（2）儿童下滑过程中，重力势能减小，动能增大，机械能减小，总能量不变。（ ）
（3）儿童从滑梯的顶端滑到底端直到静止的过程中机械能转化为内能。（ ）
（4）儿童能从周围环境中吸收热量，自动地再从底端返回滑梯顶端。（ ）
要点一 能源的分类与开发利用
【解读】
1.能源的分类
（1）从人类使用能源的先后分为常规能源和新能源。
常规能源：煤、石油、天然气等。
新能源：风能、水能、太阳能、沼气、地热能、核能等。
（2）从能源的来源分为不可再生能源和可再生能源。
不可再生能源：短期内无法恢复的能源，如煤、石油、天然气等。
可再生能源：在自然界可循环再生的能源，如风能、太阳能、水能等。
（3）从对环境的污染情况分为清洁能源和非清洁能源。
清洁能源：不污染环境的能源，如太阳能、风能、水能、沼气等。
非清洁能源：对人类环境造成污染的能源，如石油、煤等。
2.能源的开发
（1）能源危机：目前世界上主要消耗煤、石油、天然气等能源，这些能源储量有限，消耗殆尽以后将不复存在，能源短缺将极为严重。
（2）节约能源：能源的开发是有条件的，也是有代价的。虽然自然界的能量守恒，但还是要节约能源。
（3）能源的发展趋势：改变能源结构，提高能源利用效率，开发和推广清洁能源，减少环境污染，是当前能源的发展趋势。
【典例1】 煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是（ ）
A.都为可再生能源，取之不尽，用之不竭
B.都为不可再生能源，用一点，少一点
C.都为来自太阳辐射的能量
D.都为污染环境的能源
尝试解答
（多选）关于能源的利用，下列说法中正确的是（ ）
A.由于我国煤和石油的储量无限，所以太阳能和核能的开发在我国根本没有必要
B.能源的利用过程，实质是能的转化和转移过程
C.现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D.煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
要点二 能量守恒定律的理解
【探究】
随着人们对生活质量要求的提高，绿色出行已成为一种时尚，当下，各城市的城市公交也都旧貌换新颜，变成了纯电动汽车。如图所示的为正在行驶的电动公交车。
（1）电动汽车在行驶过程中，能量是如何进行转化的？
（2）电动机能将电能全部转化为机械能吗？
【归纳】
1.能量守恒定律的重要意义
（1）能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立。
（2）能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系，对人类认识自然、改造自然起着重要的指导作用。
（3）能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在，即不需要任何动力和燃料，却能不断对外做功的机械是不可能存在的。
2.表达式：ΔE1减＝ΔE2增。
3.含义
（1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定和增加量相等。
（2）某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
【典例2】 目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，成为一种时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了北斗模块与联网模块等，这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同的方式获取电能：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如图甲所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，如图乙所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正确的是（ ）
A.都是把机械能转化为电能
B.都是把光能转化为电能
C.甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能
D.甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能
尝试解答
1.北京时间2020年12月17日1时59分，中国探月工程“嫦娥五号”返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。携带样品的上升器在月面起飞的情景如图所示，这是我国首次实现地外天体起飞。下列有关“嫦娥五号”的说法错误的是（ ）
A.在轨运行时，“嫦娥五号”的太阳能帆板可将太阳能转化为电能
B.在轨运行时，“嫦娥五号”从远地点向近地点运行时将重力势能转化为动能
C.返回地球途中，“嫦娥五号”返回器经过大气层时机械能不变
D.返回地球途中，“嫦娥五号”返回器经过大气层时部分机械能转化为内能
2.一颗小钢珠从水面上方由静止释放，落入水中，溅起的小水珠跳得比钢珠释放时的位置还高，如图所示，对这种现象，下列说法正确的是（ ）
A.小水珠溅起的高度超过钢珠下落时的高度，违背了能量守恒定律
B.小钢珠下落时具有的重力势能小于溅起的水珠在最高点的重力势能
C.小钢珠下落时具有的重力势能等于溅起的水珠在最高点的重力势能
D.小钢珠下落时具有的重力势能大于溅起的水珠在最高点的重力势能
要点三 对能量转化和转移方向性的理解
【探究】
成语“覆水难收”指的是一盆水泼出后不可能再回到盆中，你能根据熵增原理说一说这是为什么吗？
【归纳】
1.能量转化和转移
自然界中存在着各种不同形式的能量，各种形式的能量是可以相互转化的，在转化或转移过程中总量不变，但在大多数情况下，各种形式的能量最终都转化为内能。
2.能量转化和转移的方向性
（1）机械能可以自动地全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化。
（2）内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，但不能自发地从低温物体向高温物体转移。
（3）第二类永动机
第二类永动机是从单一热源（海洋、大气或宇宙）中吸收热量使之完全变成有用功而不产生其他影响，即机械效率为100％的一种装置。第二类永动机并不违背能量守恒定律，但违背自然过程的方向性规律，永远不可能被制造出来。
3.熵增原理
（1）熵的概念的引入
为了描述分子运动的无序程度，物理学中引入了熵的概念，用熵这个物理量描述系统的无序程度。熵越高，意味着系统越无序；熵越低，意味着系统越有序。
（2）熵增原理
自发过程总是向着系统熵增加的方向进行。
【典例3】 （多选）下列说法中正确的是（ ）
A.热量总是自发地从高温物体传给低温物体而不能自发地从低温物体传给高温物体
B.内能不能转化为动能
C.内能不能自发地转化为动能
D.自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性
尝试解答
1.下列哪些现象属于能量的耗散（ ）
A.利用水流能发电产生电能
B.电能在灯泡中变成光能
C.电池的化学能变成电能
D.火炉把屋子烤暖
2.关于能量的转化，下列说法正确的是（ ）
A.因为能量守恒，所以“永动机”是存在的
B.摩擦生热的过程是不可逆过程
C.空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
D.由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
要点回眸
1.关于能量和能源，下列说法中正确的是（ ）
A.由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B.在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少
C.能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
2.（多选）下述设想中，符合能量守恒定律的是（ ）
A.利用永磁铁和软铁的相互作用，做成一架机器，永远地转动下去
B.制造一架飞机，不携带燃料，只需利用太阳能就能飞行
C.做成一只船，利用流水的能量，逆水行驶，不用其他动力
D.利用核动力使地球离开太阳系
3.下列有关能量转化的说法正确的是（ ）
A.制冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化
B.满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
C.外界对物体做功，物体的内能必然增加
D.电炉工作时将电能转化为内能，这些内能最终流散到周围的环境中
4.三峡水力发电站是我国最大的水力发电站，三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100 m，用于发电的水流量约为1.0×104 m3/s。如果通过水轮机以后水的动能忽略不计，水流减少的机械能有90％转化为电能，按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率数量级最接近（ ）
A.1010 W B.108 W
C.107 W D.105 W
5.某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8 kW·h。为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1 ℃，这样每台空调机每天可节省6％的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107 J/kg。发电厂的发电效率是30％。请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？（结果均保留2位有效数字）
第1、2、3节 能量的多种形式 能量的转化与守恒 珍惜大自然
【基础知识·准落实】
知识点一
1.（1）弹性势能 （2）分子势能 （3）做功 （4）能量
2.（1）二次能源 （2）可再生能源 （3）一次能源
知识点二
1.转化 2.（1）转化 转移 保持不变 3.（1）方向性
情景思辨
（1）× （2）√ （3）√ （4）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【典例1】 C 煤、石油、天然气是不可再生能源，对环境污染严重，生物质能是可再生能源，对环境无污染或污染少，但它们都来自太阳辐射。因此，选项C正确。
素养训练
BCD 石油、煤等为非再生的能源，储量有限，能源的利用中虽然总能量不变，但品质降低，可再利用能源越来越少，所以新能源的开发和利用是当今世界各国面临的课题，A错误，B、C、D正确。
要点二
知识精研
【探究】 提示：（1）电池将储存的化学能转化为电能，通过电流做功，一部分转化为电动机的内能，另一部分转化为电动机的机械能向外输出。
（2）不能，一部分转化为热量散失掉了。
【典例2】 C 甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，是将光能转化为电能。故A、B、D错误，C正确。
素养训练
1.C “嫦娥五号”的太阳能帆板工作时，将太阳能转化为电能，A正确；“嫦娥五号”从远地点向近地点运行时，质量不变，与地球的距离变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，重力势能转化为动能，B正确；“嫦娥五号”返回器返回地球途中，经过大气层时与大气摩擦，要克服阻力做功，温度升高，内能增加，部分机械能转化为内能，机械能不守恒，C错误，D正确。
2.D 小钢珠下降的过程中，重力势能转化为小钢珠的动能，小钢珠和水碰撞后，其动能转化成小水珠的动能，小水珠升高的过程中，动能又转化为重力势能（表现为小水珠所能达到的最大高度），小钢珠和水碰撞后，小水珠的总动能要小于碰撞前小钢珠的动能，且各个水珠的质量都比较小，因此，小水珠升高的高度存在多种可能性。当小钢珠的质量比较大的时候，完全有可能出现个别小水珠升高的高度较高，甚至可以超过小钢珠下落的高度的情况，故D正确。
要点三
知识精研
【探究】 提示：盆中的水泼出去后，水分子的分布受制约较少，无序性变大，根据熵增原理，泼出去的水（无序性大）不可能自发地回到盆中（无序性小）。
【典例3】 ACD 内能可以转化为动能，热机就是这种情况，但不能自发地转化，B错误，C正确；由能量转化和转移的方向性可知，A、D正确。
素养训练
1.D 能量耗散主要指其他形式的能量最终转化为环境的内能后，不能再被收集起来重新利用，故选D。
2.B 因为能量守恒及能量转化具有方向性，所以“永动机”是不存在的，A错误；机械能向内能转化时具有方向性，内能不可能自发地、不引起任何变化地转化为机械能，即摩擦生热的过程是不可逆过程，B正确；热传递在自发进行时有方向性，总是从高温物体传递到低温物体，空调既能制冷又能制热是因为消耗了电能，C错误；能量的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是能量的转化过程中可再次使用的能量减少了，因此要节约能源，D错误。
【教学效果·勤检测】
1.B 自然界的总能量是守恒的，能量只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，能量不可能被创造；在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，能量耗散使能量的利用品质降低了，能量转化具有方向性，因此要节约能源，故B正确，A、C、D错误。
2.BD A、C项不消耗任何其他能量，而维持转动或行驶，违背能量守恒定律，是错误的。B、D利用太阳能或核能，不违背能量守恒定律，所以B、D正确。
3.D 冰箱里的热量是经由压缩机传给外界的，一定会引起其他变化，A错误；能量在转移或转化过程中均满足能量守恒定律，但一切与热现象有关的自发过程都是有方向的，如内能不可能自发地转化为机械能，B错误；外界对物体做功，物体的内能不一定增加，如在光滑的桌面上推动小球，小球的动能增加，内能并没有增加，C错误；根据电炉的工作原理可知，电炉工作时将电能转化为内能，这些内能最终流散到周围环境中，D正确。
4.A 每秒钟通过水轮机的水流质量m＝ρQ，这些流水的势能Ep＝mgh，则每秒钟产生的电能E＝90％Ep，所以三峡发电站的发电功率P＝E＝0.9ρQgh＝0.9×1.0×103×1.0×104×10×100 W＝0.9×1010 W，即三峡发电站的发电功率最大数量级最接近1010 W，选项A正确。
5.2.1×1013 J 2.4×103 t
解析：设可节省的电能为E，则E＝8×6％×60×20×104 kW·h＝5.76×106 kW·h≈2.1×1013 J，
设1年内节约的标准煤的质量为m，则由能量守恒定律有2.92×107 J/kg×m×30％＝E，
解得m≈2.4×106 kg＝2.4×103 t。
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